“以铝代铜”主（zhǔ）要是指（zhǐ）用铝材代替铜材（cái）生产导体。19世纪初期，铝导体就已经出（chū）现了。20世纪60年代以后，由（yóu）于铜资源（yuán）有限，较为（wéi）贵重，而与（yǔ）铜（tóng）性能最为接近的铝（lǚ）资源丰富，取之不尽，“以铝代（dài）铜”的概念被提出。铝—镁—硅（guī）合金是在电（diàn）线、电缆中使用得最多的铝合（hé）金，为6101及6201合金，状态（tài）为T1及T4。2020年，该种铝合金在全世（shì）界（jiè）的用（yòng）量超过5000kt，在中国（guó）的用量预计超过1600kt，约占（zhàn）总消费的30%以上（shàng）。俄罗斯正在研发纳米显微组织导（dǎo）线铝（lǚ）合金，其抗拉强（qiáng）度为320MPa-370MPa，电导率（lǜ）为57.2% IACS-56.1% IACS（国（guó）际退火铜标准，International Annealed Copper Standard）。中（zhōng）国铜资源较为稀缺，而铜在生产某些部件或产品时（shí）又是（shì）不可或缺的。因此，必须珍惜用（yòng）铜，切实做好“以铝代铜”工作。

　　铜、铝性能比较（jiào）

　　铜是（shì）人类使（shǐ）用最早的（de）金属元素（sù）之一（yī）。铜颜色紫红，热导率及电导率高，是良好的导体；在干燥空气中不氧化，在含有CO2的湿空气中（zhōng）会形成铜绿（lǜ）；与碱性溶液反应很慢，但易与氨形成配合物；标准（zhǔn）电极电位为+0.337V，不（bú）能置换酸液中的（de）氢，但可（kě）溶于有氧（yǎng）化（huà）作（zuò）用的酸中，二价铜的电化当（dāng）量为0.0003294g/C（库伦）。铜的提（tí）取、加工、回收与（yǔ）再利用并不困难，因此，从原始社会到文明昌盛、科学技术高度发达的今（jīn）天，铜制品一（yī）直陪伴着人（rén）类，为人（rén）类的进步作出了重大贡（gòng）献。

　　铝是一种较为年轻的金属元素。1746年，德（dé）国科学家（jiā）波特（J.H.Pott）用明矾制得氧（yǎng）化（huà）铝。1807年，英国化学家戴维（H.Davy）试图电解熔融氧化（huà）铝制取（qǔ）铝，并于第（dì）二年给（gěi）预（yù）想的金属（shǔ）取名为（wéi）Alumium，后改（gǎi）为Aluminium，即铝。1825年，丹麦化学家奥斯特（H.C.Oersted）用钾（jiǎ）汞齐还原无水氧化铝，获（huò）得了几毫克铝（lǚ）。1827年，德国科学家沃勒（lè）（F. Wohler）用（yòng）钾还原氧化铝，得（dé）到了少（shǎo）量铝。1854年，法（fǎ）国科学家（jiā）德（dé）维尔（S.C. Deville）用钠还原NaAlCl4配合盐（yán）制得铝，并生产一些皇（huáng）室用品，如头盔、餐具（jù）及玩（wán）具，价格高昂，比黄金还贵。1884年（nián），美国铝（lǚ）的总产量为56.7kg。1886年，美国大学生霍尔（Hall）和法国（guó）大学（xué）生埃鲁（Heroult）几乎同（tóng）时发明了冰（bīng）晶石-氧化铝溶盐电解炼（liàn）铝法，宣（xuān）告铝的工业提取工艺（yì）诞生，他们分别在美（měi）国和法国取得了发（fā）明（míng）专（zhuān）利。

　　1888年（nián），霍尔在匹兹（zī）堡（bǎo）成立了世界（jiè）上首个铝电解厂——匹（pǐ）慈（cí）堡冶金公司（sī），并生产出第一块（kuài）商业用铝。该公司制造了铝（lǚ）茶（chá）壶（hú）等生活用品（pǐn），并制成了几种铝合金。从1888年到（dào）1893年，铝锭价格从10.7美（měi）元/kg下降到1.72美元（yuán）/kg。1990年（nián）前（qián）后（hòu），铝箔、电（diàn）线、电缆等产品也相（xiàng）继（jì）问世。

　　铝的标准电极电（diàn）位为（wéi）-1.662V，电化当量为（wéi）0.3356g/（A·h）。铝（lǚ）的密度（dù）只有铜的30.13%，因此，用铝取代铜可以显著降低工件的（de）质量，从（cóng）而（ér）节约（yuē）能源，减少温室气体排放。

　　以铝代铜可行吗

　　“以铝（lǚ）代铜”并不是指（zhǐ）在（zài）所有（yǒu）领域和部（bù）门都使用铝材取代铜（tóng）材，而主要是指（zhǐ）用（yòng）铝代替铜生产导电及（jí）导热（散热）件（jiàn）。

　　铝比铜轻约70%，可（kě）以减轻工件质（zhì）量，从而使工件安装更为便捷（jié）。早在20世（shì）纪初，就开始用铝取代铜生产高压线路，使导线和线杆（铁塔）受到的张力大大下（xià）降。汽（qì）车工业和航空（kōng）工业也纷（fēn）纷采用铝导线。Airbus A380飞机（jī）是欧洲空客公司制造的世界（jiè）上最（zuì）大的客机，可容纳约800人，该客机上（shàng）的所有导线都是铝的。

　　但是，在（zài）家（jiā）中，使用（yòng）铝导线取（qǔ）代铜导线（xiàn）安全吗？事（shì）实证明，是安全的，一点都不用担心。北（běi）美从（cóng）20世纪60年代中期开始，就将住（zhù）宅电线大规模改成铝制的（de）。在世界其它（tā）地（dì）区，“铝线（xiàn）进家庭”的（de）时间更早（zǎo）一些（xiē）。铝线大概出现在（zài）1990年，当时，美国铝业公司用其提取的铝拉（lā）出了线（xiàn）材。

　　铝（lǚ）在哪些方面不如铜

　　必须承（chéng）认（rèn）的是，铝在一些方面（miàn）不如铜。

　　铝的电（diàn）导（dǎo）率比铜的低。99.990% Al在20°时的电阻率（lǜ）为2.6548×108Ω·m，等体积（jī）电导率为64.94% IACS。因（yīn）此，必（bì）须采用直径更（gèng）大的铝（lǚ）导（dǎo）线，才（cái）能（néng）使铝线的（de）导电（diàn）性与铜线相当（dāng）。

　　铝的硬度（dù）比铜的低。99.5% Al退火（huǒ）状态的维氏（shì）硬度（dù）约为（wéi）200MN/m2，比铜的低得多。电工的体（tǐ）会是（shì），在剥去导线上的绝（jué）缘材料后（hòu），铝线比铜线更易产生切（qiē）口、切痕、压痕等。因此，在（zài）进行铝线（xiàn）剥皮、对接（jiē）与（yǔ）布线时宜格外小心，否则，伤口可能（néng）会成为过热点，引发过热（rè）现象。

　　铝的热（rè）胀（zhàng）系数比铜的大。电流通过导线时，导线会发热。在反复（fù）的加热膨胀（zhàng）与冷却收（shōu）缩中，铝线（xiàn）会产生蠕变（biàn），从而引（yǐn）起连接松动和过热。

　　氧化铝的导电性能较（jiào）差。铜线（xiàn）锈蚀并不是大问题（tí），因为（wéi）氧化铜导（dǎo）电，铜线仍然（rán）能正常地工作。但铝（lǚ）线锈蚀形成的氧化铝不（bú）是一种很好（hǎo）的导电（diàn）体（tǐ），对电流有阻（zǔ）碍作用，容（róng）易引（yǐn）起过热。该问题主要发生在连（lián）结处，如插座、闭合器、夹具、装置（zhì）连接（jiē）点（diǎn）、配电盘等。解（jiě）决方案是采（cǎi）用专业连接件。

　　近年（nián）来，电（diàn）动汽车市场成为投资热点。为降低CO2排放、减少电（diàn）缆用量，电气配线（xiàn）成（chéng）为（wéi）重（chóng）点问题。因此，改（gǎi）用专利1XXX、6XXX及8XXX系合金取代（dài）纯电工铝EC（Pure EC Grade Aluminium，99.7% Al）。这（zhè）种趋势在（zài）20年前的欧洲就（jiù）已经（jīng）出现了，一些公司开始采用Aluflex 137050铝合（hé）金和（hé）标准电工（gōng）合（hé）金EC Grade 1370-Conductal 137050铝合金制造汽车的铝电池电缆。为了（le）降低汽车的（de）净质量，日本的一些汽车公司（sī）倡导（dǎo）采用铝线替代铜（tóng）线，目标（biāo）是减（jiǎn）轻20kg，现在已经接近此目（mù）标。

　　铝（lǚ）线应用发展历程

　　铝电线的（de）小范围应用大概始（shǐ）于（yú）1900年，而其较大规模应用至（zhì）今有100多年左右的历史。1944年，美国华盛（shèng）顿哥伦比亚（yà）特区和（hé）马里兰（lán）州巴尔的（de）摩间的线路（lù）最早（zǎo）采用铝电缆作为商业通（tōng）信（xìn）线。

　　早（zǎo）期，电缆线是用铁拉制（zhì）的，很难生产，为（wéi）了提高效（xiào）率，工厂在铁（tiě）线表面浸涂一层硫酸（suān）铜作为润滑剂，生产（chǎn）效率（lǜ）大为提高，于是改用铜制电线。1913年，国际电工委员会制订了IACS，认（rèn）定（dìng）铜的电导率为100% IACS。

　　1930年（nián），德国试（shì）用PVC绝缘（yuán）铝电缆。第（dì）二（èr）次世界大战末，人造（zào）橡胶和聚乙烯电缆开始大量应用。20世纪（jì）50年代，PVC在许多领域（yù）得到广泛的商业（yè）应用，特别是在家用线缆（lǎn）方面，“以铝代铜”几乎得到普及。在很长时间里，铝线缆大都是采用99.5%的工业纯铝AA1350制造的。

　　铝线缆新时代来临

　　在最初生（shēng）产铝线（xiàn）缆时，采用的是8000系铝合（hé）金（jīn）。美国铝业公（gōng）司在开拓导体铝（lǚ）合金方面做了许多工（gōng）作（zuò），首（shǒu）个8000系合（hé）金（jīn）于1972年获得专利，紧接着，AA8030合（hé）金于1973年获得专利，AA8176合金（jīn）于1975年（nián）获得专利。它们的力学性（xìng）能（néng）与铜的等同（tóng），标志着铝（lǚ）线缆新时代（dài）的来临。

　　20世纪40年代后（hòu）期，普罗帕（pà）齐（Properzi）铝线杆（gǎn）连续铸轧工艺和装备进入市场，用（yòng）于（yú）连（lián）续（xù）铸（zhù）轧有色金属线杆，最（zuì）先生产的是市场急需（xū）的纯（chún）铝（lǚ）线杆；在（zài）满（mǎn）足纯铝线杆市场需求后（hòu），又进入铝合金线杆市场。先后推出的（de）产品有AAC（全铝导线，All-Aluminium Conductors）、AAAC（全铝合金导线，All Aluminium Alloy Conductors）、ACAR（合金加强的铝导（dǎo）线，Aluminium Conductor Alloy Reinforced）、ACSR（钢加强的（de）铝（lǚ）导（dǎo）线（xiàn），Aluminium Conductor Steel Reinforced）、AACSR（钢加强（qiáng）的铝合金导线，Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced）、ACSR/AS（铝包钢加强的（de）铝（lǚ）导线（xiàn）（Aluminium Conductor Aluminium Clad Steel Reinforced）、ACSR/TW（钢加强的异型铝（lǚ）导线（Shaped Wire Aluminium Conductor，Steel Reinforced）、ACSS/AS （铝包（bāo）钢芯的铝导线Aluminium Conductors-Aluminium Clad steel suported）、ACCC（复（fù）合材（cái）料芯（xīn）的铝（lǚ）导线，Aluminium Conductor Composite Core）、高温及HTLS导线（High Thermal and HTLS Conductors）。

　　随着（zhe）生产技术的发展与（yǔ）应用的拓展，上述铝导线（xiàn）也有（yǒu）较大的发（fā）展，品种（zhǒng）更多了，应（yīng）用范围更广了。例如多（duō）种多样的复合AAC铝绞线，主要应用于低（dī）压线路和变电（diàn）所连接线（xiàn）路；铝合金芯（xīn）线的AAAC绞线（xiàn），主要应用于低、中、高压线路（lù）和特高压（yā）的高空架线；芯（xīn）线（xiàn）为铝-镁-硅合（hé）金高强度线与（yǔ）1350电（diàn）线的（de）ACAR绞合线，其（qí）绞线股数决定于（yú）设计；ACSR绞线，钢芯线（xiàn）经（jīng）过电镀，外（wài）层为1层或多层（céng）冷拉1350-H19铝线；AACSR钢芯（xīn）铝合金线，钢芯线经过电镀，外层为（wéi）绞合，主要应（yīng）用于中（zhōng）压、高压和特高压（yā）架（jià）空线路（lù）；ACSR/AS钢芯绞线，其力（lì）学性（xìng）能与ACSR绞（jiǎo）线相当。但钢芯之上包有铝，因（yīn）此，载流量更大，抗（kàng）腐蚀性能强。这类导线可用（yòng）于严酷的腐（fǔ）蚀（shí）环境中；ACSR/TW（异（yì）型（xíng）铝（lǚ）线，钢（gāng）芯（xīn）），在高强度钢丝之上绞合异型1350-H19导线；ACSS/AS（铝导线—铝包钢），以钢为（wéi）芯（xīn）线，钢（gāng）芯上包以铝，再（zài）与1层或多层 350-0铝线绞合（hé）为一体（tǐ）的复合电缆；ACCC（复合（hé）材料芯线铝缆），芯线（xiàn）为质（zhì）轻的高强度碳纤（xiān）维和玻（bō）璃纤维增强的热树脂，采用先进的工艺制备，芯线为梯形的完全退火的高效铝线围绕（rào）而成；钢芯耐（nài）热铝（lǚ）合金（jīn）线（xiàn）TACSR，其与常规ACSR导线结构相似，但常规ACSR线采用EC级铝（EC Grade Aluminium）线，而TACSR导（dǎo）线采用（yòng）冷拉的耐热铝合（hé）金线（xiàn）TAL，可在210℃或更高些的温度下安全（quán）地长期工作；带有间隙的钢芯增强的（de）耐热铝合金绞线GZTASCR（Thermal resistant aluminium conductors steel reinforced with GAP）。这种导（dǎo）线的钢芯（xīn）与第一层梯形（xíng）耐（nài）热铝合金（jīn）线之（zhī）间隔有一层不（bú）厚的间隙，能够（gòu）使钢芯线（xiàn）承（chéng）受安装（zhuāng）时（shí）产生的（de）拉伸，间隙内充（chōng）满耐热润滑树（shù）脂（zhī）。

　　普罗帕齐连铸（zhù）连轧线

　　意大利（lì）普（pǔ）罗帕（pà）齐连铸连轧线（Properzi CCR line）由（yóu）普罗帕齐公司开发。目（mù）前，世界75%以上的钢、铝导线（xiàn）都是采用此工艺或（huò）类似（sì）的工艺生产的。普（pǔ）罗帕齐铝导线连续铸轧线（xiàn）由13部分组成。

　　经（jīng）过多（duō）年研发，普罗帕齐公司可提（tí）供CRE（连（lián）续旋转挤压，Continuous Rotary Extrusion）技（jì）术和普罗帕齐成型机（jī）（Pro-Form，即（jí）Properzi Forming Machine），可以（yǐ）生产（chǎn）加（jiā）工异型铝线（梯形线）、扇形铝电缆与（yǔ）导线、铝型材/母线、铝（lǚ）管、铝包钢（gāng）线等。

　　俄罗斯研发纳米组织导（dǎo）线（xiàn）铝合金

　　2020年，世界各国共计消费约5000kt 6XXX系电线电缆铝合金（jīn），即铝—镁（měi）—硅系的6101及6201合金，状态（tài）为T1及T4。该种（zhǒng）合金的抗拉强度为150MPa-220MPa，比电阻为0.034Ω·mm2/m-0.0360Ω·mm2/m，电导率相当于50.0% IACS-47.9% IACS，在架空线路与普通导线领域（yù）获（huò）得广（guǎng）泛应用。但工（gōng）业界希望能生产出性能比6101-T4合金更好（hǎo）的合金（jīn），以延长线塔距离。6101合金的典型成分（质量%）为：Si 0.54、Fe 0.23、Cu 0.003、Mg 0.58、Zn 0.01、B 0.002、（Ti+V+Cr+Mn） 0.012、Al余（yú）量；典型性能为（wéi）：抗（kàng）拉强度195MPa，伸长率28%，比电阻0.03420Ω·mm2/m，电（diàn）导率相（xiàng）当（dāng）于50.4% IACS。

　　为（wéi）了全面改（gǎi）善导（dǎo）线铝合金的性能，俄罗斯（sī）联合铝业公司和（hé）一些大学、科研院所的科学家开发出（chū）了纳米显微组织线杆，试（shì）样的抗拉（lā）强度（dù）达320MPa-370MPa，电导率相当于57.2% IACS-56.1% IACS。